Flujo de energía. Light energy ECOSYSTEM. Photosynthesis in chloroplasts. Organic molecules + O 2 CO 2 + H 2 O. Cellular respiration in mitochondria

Light energy ECOSYSTEM Photosynthesis in chloroplasts CO₂ + H₂O Cellular respiration in mitochondria Organic molecules + O2

ATP powers most cellular work Heat

energy

ATP

Rutas catabólicas y oxidación de compuestos orgánicos

Compuestos orgánicos + O



CO

+ H

O + energía

Energía potencial Energía potencial

Desperdicios + ATP y calor

Procesos catabólicos

Fermentación

Respiración aeróbica

becomes oxidized

becomes reduced

Rutas catabólicas y oxidación de compuestos orgánicos

Agente reductor Agente oxidante

_{Oxidación= pérdida parcial o completa de electrones} Reducción= ganancia parcial o completa de electrones

Reacciones de Redox – Aunque no haya

perdida de electrones pero si hay cambio en el grado de compartido de electrones

Transferencia parcial de electrones

Cambio en el grado en el cual se están compartiendo los electrones.

Reactants becomes oxidized becomes reduced Products Methane (reducing agent) Oxygen (oxidizing agent)

Carbon dioxide Water

Rutas catabólicas y oxidación de compuestos orgánicos

Energía potencial en los enlaces covalentes

 _{Cuando movemos los electrones a niveles}

 más lejos del núcleo

más energía.

 más cerca del núcleo

menos energía.

 Los electrones en el enlace se relocalizan a niveles más cerca del núcleo

 “pierden” energía potencial.

 Esta energía se utiliza para la síntesis de ATP.

Rutas catabólicas y oxidación de compuestos orgánicos

Agente reductor Agente oxidante

oxida

reduce

 Proceso redox en el cual se transfieren hidrógenos (H) de glucosa a oxígeno.

 Transferencia de e- al átomo mas electronegativo causa perdida de energía potencia

Los carbohidratos y las grasas son grandes reservorios de e-

Alto contenido de H que puede reaccionar con Oxígeno y liberar energía al compartir sus e-

Rutas catabólicas y oxidación de compuestos orgánicos

Moléculas estables por la barrera de energía de activación

 Enzimas bajan energía de activación y azúcar se oxida en pasos  Cada paso esta catalizado por una enzima especifica

 Los e- no pasan directamente de H a O sino que se pasan a un intermediario

Coenzyma NAD+ _{(Nicotinamide adenine dinucleotide)}

Aceptador de electrones Agente oxidante

Fig. 9-4 Dehydrogenase Reduction of NAD+ Oxidation of NADH 2 e– _{+ 2 H}+ 2 e– _{+ H}+ NAD+ _{+ 2[H]} NADH + H + H + Nicotinamide (oxidized form) Nicotinamide (reduced form)

+ NAD

H

R C R

O

H

+ NAD

H

+

H

R C R

O

Rutas catabólicas y oxidación de compuestos orgánicos

e - _{que se transfieren de glucosa a NAD}+ _{pierden poca energía potencial por lo que}

NAD+ _{termina almacenando energía que luego se puede convertir a ATP.}

NADH – representa energía almacenada

Flujo de electrones:

(a) Uncontrolled reaction H₂ + 1_/

2 O2

Explosive release of heat and light

energy (b) Cellular respiration Controlled release of energy for synthesis of ATP 2 H+ _{+ 2 e}– 2 H 1/2 O2

(from food via NADH)

1_/ 2 O2

Transportadores

de electrones

NADH y FADH

_{Los electrones se transfieren aceptadores de electrones.}

La transferencia ocurre en pasos en los cuales se controla la liberación de energía

Rutas catabólicas y oxidación de compuestos orgánicos

Respiración celular:

1. Glucólisis

2. Ciclo de Krebs

3. Cadena de transporte de electrones y fosforilación

oxidativa

Fig. 9-6-1 Substrate-level phosphorylation ATP Cytosol Glucose Pyruvate Glycolysis Electrons carried via NADH

Fig. 9-6-2 Mitochondrion Substrate-level phosphorylation ATP Cytosol Glucose Pyruvate Glycolysis Electrons carried via NADH Substrate-level phosphorylation ATP Electrons carried via NADH and

FADH₂

Citric acid cycle

Fig. 9-6-3 Mitochondrion Substrate-level phosphorylation ATP Cytosol Glucose Pyruvate Glycolysis Electrons carried via NADH Substrate-level phosphorylation ATP Electrons carried via NADH and

FADH₂ Oxidative phosphorylation ATP Citric acid cycle Oxidative phosphorylation: electron transport and chemiosmosis

 Fosforilación a nivel de sustrato

 Cadena de transporte de electrones acoplada a fosforilación oxidativa.

Respiración celular-Síntesis de ATP

Fosforilación a nivel de sustrato

_{En presencia de enzimas específicas ocurre una reacción en la cual}

se transfiere directamente el grupo fosfato de un sustrato o compuesto a ADP.

Respiración celular-Síntesis de ATP

Enzyme ADP P Substrate Enzyme ATP + Product Fig. 9-7 10% ATP producido (no es P_i)

Respiración celular-Síntesis de ATP

Cadena de transporte de electrones acoplada a fosforilación oxidativa.

Transportadores de electrones

Cadena de transporte de

electrones

Fig. 9-6-3 Mitochondrion Substrate-level phosphorylation ATP Cytosol Glucose Pyruvate Glycolysis Electrons carried via NADH Substrate-level phosphorylation ATP Electrons carried via NADH and

FADH₂ Oxidative phosphorylation ATP Citric acid cycle Oxidative phosphorylation: electron transport and chemiosmosis

Fosforilación a nivel de sustrato ATP Cytosol Glucose Pyruvate Glycolysis Transporte de electrones vía

NADH Ocurre en el citosol

Oxidación parcial de glucosa Glucosa hasta piruvato

Puede ocurrir en ausencia de oxígeno

Reactantes

Productos

C

H

O

2ATP

4ADP

4P

2NAD+

2 Piruvatos (C

H

O

)

2ADP

2P

4ATP

2NADH

2H

2H

O

Nota: 2 ATP neto

Respiración celular- Glucólisis

Fase de inversión de energía

1

2

3

4

1 2 3 4 5



Paso 3

Enzima fosfofructocinasa – enzima

alostérica que controla glucólisis.



Pasos 7 y 10, Fosforilación a nivel de sustrato

Respiración celular-

FADH₂

Citric acid cycle

CYTOSOL MITOCHONDRION NAD+ _{NADH + H}+ 2 1 3 Pyruvate Transport protein CO₂ Coenzyme A Acetyl CoA

Si hay oxígeno, piruvato ( Acido Piruvico) entra a la mitocondria.

Ocurre la translocación de piruvato hacia la mitocondria por medio de una proteína de transporte

Decarboxilación oxidativa

la oxidación de piruvato a acetil CoA. Se produce CO₂

Reactantes

Productos

2 piruvatos

2 coenzimas A

2 NAD

2 Acetil CoA

2CO

2NADH

2

H

Translocación de piruvato hacia la mitocondria

Respiración celular- C

FADH₂

Citric acid cycle

Fosforilación a

nivel de sustrato nivel de sustrato Fosforilación a

Solo ocurre en presencia de O₂ –

aeróbico.

Ocurre en la matriz mitocondrial.

Se completa la oxidación de glucosa

degradando acetil CoA hasta CO₂.

_{Se produce ATP por medio de}

fosforilación a nivel de sustrato.

Reactantes

Productos

2AcetilCoA

6NAD

2FAD

2ADP

2P

2H

O

4CO

6NADH

6H

2FADH2

2ATP

2CoA

Por cada vuelta

Entran 2 carbonos

Se oxidan 2 carbonos  CO₂

Ocurre fosforilación a nivel de sustrato.

Se regenera oxaloacetato.

Toma 2 vueltas en el ciclo de

Krebs para oxidar completamente la glucosa. Acetyl CoA CoA—SH Citrate H2O Isocitrate NAD+ NADH + H+ CO2 -Keto- glutarate CoA—SH CO2 NAD+ NADH + H+ Succinyl CoA CoA—SH P_i GTPGDP ADP ATP Succinate FAD FADH2 Fumarate Citric acid cycle H2O Malate Oxaloacetate NADH +H + NAD+ 1 2 3 4 5 6 7 8

Respiración celular- C

GTP-En tejidos animales-

Reactantes Productos

2AcetilCoA

6NAD

2FAD

2ADP

2P

2H

O

4CO

6NADH

6H

2FADH2

2ATP

2CoA

 Responsable de la producción de la mayoría de las moléculas de ATP. La transferencia de electrones a lo largo de una cadena de transporte de electrones está acoplada a la síntesis de ATP.

 Mayoría de la energía extraída de glucosa está en NADH y FADH₂.

Mitochondrion Substrate-level phosphorylation ATP Cytosol Glucose Pyruvate Glycolysis Electrons carried via NADH Substrate-level phosphorylation ATP Electrons carried via NADH and

FADH₂ Oxidative phosphorylation ATP Citric acid cycle Oxidative phosphorylation: electron transport and chemiosmosis

_{Componentes en la membrana mitocondrial interna}

Respiración celular-

NADH NAD+ 2 FADH2 2 FAD Multiprotein complexes FAD Fe•S FMN Fe•S Q Fe•S  Cyt b   Cyt c1 Cyt c Cyt a Cyt a3 IV 50 40 30 20 10 _{(from NADH} 2 or FADH2) 0 2 H+ + 1/2 O2 H2O e– e– e–

Cadena de transporte de electrones Está compuesto de transportadores

de electrones.

_{Están insertados en la membrana} interna de la mitocondria.

_{Están organizados en orden}

ascendente de electronegatividad. _{Último aceptador de electrones es}

O₂.

Reactantes

Productos

NADH

3ADP

3P

½ O

NAD

3ATP

H

O

FADH

2ADP

2P

½ O

FAD

2ATP

H

O

Quimiosmosis = Mecanismo que acopla el flujo de

electrones al proceso de fosforilación oxidativa.



_{Reacción química (fosforilación)}



_{Proceso de transporte (osmosis)}

Sintetasa de ATP

_{Complejo de enzimas insertada} en múltiples copias en las

cristas.

El paso de electrones a lo largo de la cadena de electrones crea un gradiente de protones (H+_).

Los protones se mueven desde la matriz, atraviesan la

membrana mitocondrial interna y se acumulan el espacio intermembranal.

Respiración celular-

INTERMEMBRANE SPACE Rotor H + Stator Internal rod Catalytic knob ADP + P ATP i MITOCHONDRIAL MATRIX

Respiración celular-

Sintetasa de ATP

utiliza la energía potencial de este gradiente de protones

permitiendo que los mismos se difundan hacia la matriz.

_{La energía se utiliza para la} síntesis de ATP (fosforilación de ADP).

Fuerza motriz de protones

= Gradiente electroquímico

•Alta concentración de H+ (gradiente químico)

•Diferencia en voltage (gradiente eléctrico)

Flujo principal de

energía

ocurre de la

siguiente forma:

Glucosa



NADH



cadena de

transporte de electrones



fuerza motriz

de protones



ATP

Proceso FNS (ATP netos) Coenzima reducida FO Total

Glucólisis 2 ATP 2 NADH 4 – 6

ATP 6-8 Oxidación Piruvato ____ 2 NADH 6 ATP 6 Ciclo de Krebs 2 ATP 6 NADH 2 FADH₂ 18 ATP 4 ATP 24

FNS - fosforilación a nivel de sustrato FO – fosforilación oxidativa

Total 36-38

Glucose Glycolysis Pyruvate CYTOSOL No O₂ present: Fermentation O₂ present: Aerobic cellular respiration MITOCHONDRION Acetyl CoA Ethanol or lactate Citric acid cycle

Respiración celular- Fermentación

(a) Alcohol fermentation

2 ADP + 2 Pi 2 ATP Glucose Glycolysis 2 NAD+ _{2 NADH} + 2 H+ 2 Pyruvate 2 Lactate

(b) Lactic acid fermentation



En músculos activos se lleva a cabo fermentación láctica.



Acumulación de ácido láctico, responsable en parte del

dolor luego de ejercicios en exceso.

Respiración celular- Regulación

Proteins Carbohydrates Amino acids Sugars Fats Glycerol Fatty acids Glycolysis Glucose Glyceraldehyde-3-Pyruvate P NH₃ Acetyl CoA Citric acid cycle Oxidative phosphorylation